Способ синтеза аммиака

 

Изобретение относится к химической технике и может быть использовано в производстве аммиака. Способ включает предварительный нагрев азотоводородной смеси путем теплообмена с газовой смесью, прошедшей слои катализатора, пропускание ее через последовательно расположенные слои катализатора, поддержание оптимальных температур в слоях катализатора путем холодного байпасирования слоев азотоводородной смесью, отобранной перед стадией предварительного нагрева, охлаждение газовой смеси, прошедшей слои катализатора путем теплообмена с азотоводородной смесью, поступающей на первый слой катализатора, выделение продукционного аммиака и возврат непрореагировавшей азотоводородной смеси на предварительный нагрев, в котором для повышения производительности процесса дополнительно осуществляют горячее байпасирование слоев катализатора азотоводородной смесью, прошедшей предварительный нагрев. 3 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э С 01 С 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПЯ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4213832/26 (22) 04.01,89 (46) 07.08.91, Бюл, hL 29 (71) Одесский политехнический институт и

Одесский припортовый завод (72) Э.А,Медведев, А.А,Елкин, ЛД,Приходько, А.П.Терещенко, Х,Х.Ахунов, В.И.Луговской, В.Д.Гогунский и В.М.Белоус (53) 661.623 (088.8) (56) Кузнецов Л,Д. Синтез аммиака, — М.:

Химия, 1982, с. 182-188. (54) СПОСОБ СИНТЕЗА АММИАКА (57) Изобретение относится к химической технике и может быть использовано в производстве аммиака. Способ включает предварительный нагрев азотоводородной смеси путем теплообмена с газовой смесью, прошедшей слои катализатора, пропускаИзобретение относится к химической технологии и может быть использовано в производстве аммиака.

Целью изобретения является повышение производительности процесса.

На чертеже представлена схема колонны синтеза аммиака.

Колонна синтеза состоит из обечайки 1, внутри которой размещена насадка 2, состоящая иэ четырех полок. заполненных катализатором. Обечайки 1 и насадка 2 образуют между собой цилиндрический зазор 3, соединяющий вход в колонну 4 с вхо- дом 5 в межтрубное пространство теплообменника 6. Выход 7 из межтрубного пространства теплообменника одновременно является входом газа на полку I насадки колонны. Выход из полки IV насадки по цен Я2 1668297 А1 н ие ее через последовательно расположенные слоя катализатора, поддержание оптимальных температур в слоях катализатора путем холодного байпасирования слоев азотоводородной смесью, отобранной перед стадией предварительного нагрева; охлаждение газовой смеси, прошедшей слои катализатора путем теплообмена с азотоводородной смесью, поступающей на первый слой катализатора, выделение продукционного аммиака и возврат непрореагировавшей азотоводородной смеси на предварительный нагрев„в котором для повышения производительности процесса дополнительно осуществляют горячее байпасирование слоев катализатора азотоводородной смесью, прошедшей предвари- (тельный нагрев. 3 табл., 1 ил. тральной трубе 8 соединен с входом 9 в ( трубную часть теплообменника 6, а выход 10 О, иэ трубной части этого теплообменника яв- р ляется выходом из колонны синтеза.

На каждую из полок катализатора по линии 11. соединенной с линией входа газа в колонну 4, подаются газы "холодного байпаса".

Часть гара посла мажтрубного про- ° странства теплообменника 6 поступает в ь патрубки 12, которые образуют "горячий байпас" на полки II, III, и IV катализатора.

Повышение производительности колонны синтеза аммиака обусловлено возможностью подачи дополнительного количества циркуляционного газа при удовлетворении значения верхней границы по перепадудав l668297 ления на колонне синтеза "-а счет Отвода части горячего (после предварительного теплообменника) газа на последующие поIi KM, что приводит к снижению перепада давлений на колонне синтеза, Эффект равномерной потери активнос1ти катализатор- достигается благодаря о ГВоду части циркуляционного газа, Г богащенного содержанием исходных комГ онентов, для реакции сингеза аммиака, с

Г ервой полки колонны синтеза на последующие полки по горячим байпасам. В извес тном способе пода-Га >Голодных байпасов ешает задачу охлаждения реакционног,-

ràçà между полками катализатора, В предЛагаемом способе горячее байпасирование )риводит к существенному распараллелиВанию ОсновноГО потока Газа, что позволяет ,Г остичь эффекта равномерной потери ак1ивнoсти катализатора по полкам колонны с1интеза на интервале кампании пробега катaIизатора.

Возрастание производительности колонны синтеза аммиака достигается благо« аря увеличению подачи свежей азотоводородной смеси В циркуляционный цикл отделения синтеза. Это увеличение нагрузки на колонну становится Возможным йз-за снижения гидравлического сопротивления колонны синтез" аммиака, в связи с распараллеливанием потока газа после

Встроенного теплообменника колонны синтеза на Вс8 пОлки колонны, При aTQM снижеНие концентрации аммиака на вь|ходе полKM

l4/ по отношению к известному способу тем е менее приводит к повышению произво* дительности колонны синтеза за счет увели

MeHMIl o 6 8 ro Объема qM pKy»lllIMQHHoro

Газа, Колонна синтеза аммиака, реализующая предлагаемый способ синтеза, работа«О слел лощим Образом, Циркул ционнъ1й газ в объеме не более

900000 гм" ч с температурой 195 С постуllaeT Ha вхОД KolloHHbl 4 и Далее в цилинДрический зазор 3, где газ нагревается до

250"С, а свою очередь отбирая частично тепло реакции и охлаждая нагруженную оболочку колонны. Далее газ поступает через В -ОД 5 В межтрубное пространство теплообменника 6 .»е на„певается до 400оC прореагировавшими газами, Нагретый циркуляционный газ последовательно проходит четыре полки с катализатором, в присутствии котороГО исходные компонен" ы — водород!азот, взаимодействуя между

Qo6oé. Образу от аммиак, Прореагировавший газ по центральной трубе 8 поступает

В теплообменниг6 и далее на выход.

П.> известному способу в начале кампании, когда катализатор имеет высокую активнос..ь, избыток тепла, образующийся в ходе реакции, компенсируется подачей по

5 байпасам "холодного" циркуляционного газа, Б конце кампании, когда активность катализатора падает, холодные байпасы 11

::;.Вкрываются и тем не менее температура неуклонно снижается, уменьшая выход ам-!

0 миака. Для поддержания стабильности выхода аммиака приходится уменьшать количество газа на переработку, вплоть до отключения колонны на перегрузку катализатора.

l5

По г;редлагаемому способу в течение всего г;ериода работы катализатора на полки II, Ш и (Ч постоянно подают нагретый после теплообмена циркуляционный газ.

20 В начале кампании подача дополни: ельного горячего газа приводит к необходимости дополнительного отвода тепла, что . Вызывает необходимость увеличения расхода подачи холодного байпаса по полкам на

25 5-10Я„В зависимости от выбранного технологического режима.

В конце кампании, когда "холодные байпасы" закрываются, эффект нововведения особенно велик. Поступление горячего

30 циркуляционного газа по байпасам на полки приводит к относительному повышению температуры по полкам и снижению гидравлического сопротивления колонны.

Кроме того, в течение асей кампании это

35 приводит к смещению равновесия реакции -интеза В сторону образования аммиака, так как В исходном газе содержание аммиака уменьшается, Следовательно, создаются условия для

40 =т-носительного продления срока работы катализатора и колонны в целом и увеличению объема аммиака с одной весовой единицы катализатора в течение всей кампании.

Работоспособность и эффективность

45 пр8длагаемОГО способа синтеза аммиака подтверждается расчетом материального баланса колонны при работе в новых условиях, данные которого приведены в табл. 1.

Таким образом, при введении горячих

50 байпасов объем циркуляционных газов увеличивается на 9,9Я„, а производительность колонны синтеза аммиака возрастает на

6.,05 $.

55 8 табл. 2 и 3 предотавлены примеры, в

-.Оторых указаны количества холодного (Г „,6.) и горячего (Огл,) байпасов и температУР ВХОДа (Т х) И ВЫХОДа (Т ых) На ПЕРВОЙ—

:-етвертой полках колонны при нагрузке на колонну Vg.

1668297

;Таблица 1

Параметры

Показатели по способ и е гаемом известном

3,17

440

3,17

440

198,7

165

279,1

250

232,4

220

176,7

165

65,7

165

72,3

165.

1291,8 ., 515

15,09

1425,7

515

14,62

TO0I„95

455 15

5К,Зт—

454 84

499,96

449 02

498 88,0 0734 0 1263

0,,0584

411989

1,4972

0 1105

О 0745

448 85

498,Ь!

0 122З

0, 0589440

ЧЖГ, 5Г

1, 5046

О 0745

0 1254

0 1056 440

6,0589 489,66

5О2,77

1,5058

1,5052

455 08

300,0э

4%,5

0 0735

В

О 0747

0 123

О 0777

503 01

1,5073

0 1232

5.1,Ж88

«4Г,81

454 057

7И,И

0 1059

455 8

0,1261

0 1056 . 440

2ф588 . 491 В 8

503,01

1,5066

1В 5078

%7,Б

454 49 я т—

0 1059

5 ; БИИ0,0736 б,бЗЗБ

О, 124

+58E

440 4%,Т5

Формула изобретения

Способ синтеза аммиака, включающий предварительный нагрев азотоводородной смеси путем теплообмена с газовой смесью, прошедшей слои катализатора, пропускание ее через последовательно расположенные слои катализатора, поддержание оптимальных температур в слоях катализатора путем холодного байпасирования слоев азотоводородной смесью, отобранной перед стадией предварительного нагрева, Вход в 1 слой катализатора: объем газа, м концентрация аммиака, температура, C

Байпас после 1 сзлоя: объем газа, м температура, С

Байпас после 2 слоя: объем газа, мз температура, С

Байпас после 3 слоя: объем газа, м температура, С

Выход из колонны синтеза: объем газа, м температура, С кон ент а ия аммиака, охлаждение газовой смеси, прошедшей слой катализатора путем теплообмена с азотоводородной смесью, поступающей на первый слой катализатора, выделение про5 дукционного аммиака и возврат непроревгировавшей азотоводородной смеси на предварительный нагрев, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности процесса, дополнительно осуще10 ствляют горячее байпасирование слоев катализатора азотоводородной смесью, прошедшей предварительный нагрев, 447 87 ж,

448 7.1

4998, 5Й

447 35

447

9 .ЭВ.

447 21

7%,75

1б68297

2 ° 6 о

Теилерятурл, С

455 2

1 1,4957 О 0738 о,o222

0,125

О, 1104

488,92

501, 66

449 06

7%,7 Г

2 1,4577 0 0744 О 1226

\ф505

502,21

488, 21О 1106

448 92

7%,Т3

О 1080

С 732239

502,155

3 1>5003 О 0744

0 t25I

7!%, Й

7489,67

О !239

5,67

Т52;т

448 88, 7И,МТ

1,4997

О 1106

455 13

454 69 477,57

Лт(. 51

1,44876

О 1256

448 07

7Я;Я

О 1077

71,оЛГ

454 96

0 1239

ОЛ7Я, 1,5035

0 1062

0,0224

440

448 32 Я,Т—

447 88

489,72

502, 0,Ш

7191, H

1,4738

О 1246 б, 576

0 1078

5,О28 >

455 2%

454 61

2!И, Я

Редактор Н.Гунько

Заказ 2621 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

О 0739 5,ба

0 0741 фииО 0745

О 0742 ,mew

Составитель Е.Наумова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Пожо